Artistieke weergave van een botsing met een neutronenster. Een neutronensterbotsing heeft een van de 11 zwaartekrachtsgolfsignalen veroorzaakt die tot nu toe zijn gedetecteerd. NASA/Swift/Dana Berry

Het is officieel:wetenschappers hebben zoveel zwaartekrachtsgolfsignalen gedetecteerd dat ze een speciale catalogus nodig hebben om bij te houden. Maar dat is niet alles. Ze hebben er vier toegevoegd nieuwe detecties op het spel, en een van die signalen was een dubbele recordbreker.

Voordat we je vertellen over de dubbele klap, een samenvatting:op 14 september 2015, de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, of LIGO, ontdekte de allereerste zwaartekrachtgolf die werd veroorzaakt door de botsing van twee zwarte gaten, op 1,3 miljard lichtjaar afstand. Deze Nobelprijswinnende detectie was een groot probleem. Het kostte tientallen jaren werk om een ​​geavanceerd observatorium te bouwen dat in staat is om de minieme rimpelingen in de ruimtetijd waar te nemen die worden veroorzaakt door enkele van de meest energetische gebeurtenissen die worden veroorzaakt door de meest massieve objecten van het universum. Vanaf dat moment, de Maagd-detector, in de buurt van Pisa, Italië, heeft deze gebeurtenissen ook gevolgd, het vergroten van de precisie van detectie van zwaartekrachtgolven.

LIGO en Maagd ontdekten ook de eerste (en, momenteel, alleen) neutronensterfusie op 17 augustus, 2017.

Tot dusver, alle samensmeltingen van zwarte gaten waren tussen stellaire zwarte gaten, of zwarte gaten die waarschijnlijk zijn gevormd na massieve sterren, een paar dozijn keer de massa van onze zon, stierven als supernova's. Door het aantal botsingen met zwarte gaten te tellen, we hebben een prachtig venster geopend om te zien hoe vaak binaire stellaire zwarte gaten samensmelten in ons universum. Dit, door verlenging, geeft een schatting van hoeveel stellaire zwarte gaten daar op de loer liggen. Onze huidige detectoren, echter, zijn niet uitgerust om de zwaartekrachtsgolven op te vangen die worden geproduceerd door de fusies van superzware zwarte gaten.

Van Einstein tot zwarte gaten die 's nachts tegen de vlakte gaan

Albert Einstein voorspelde het bestaan ​​van deze golven in zijn historische algemene relativiteitstheorie meer dan 100 jaar geleden, maar het is pas nu dat de technologie de achterstand heeft ingehaald. sinds 2015 natuurkundigen hebben de voorspellingen van Einstein gestold door 11 gebeurtenissen te detecteren (10 door binaire zwarte gaten en één door binaire neutronensterren).

Je kunt zwaartekrachtgolven visualiseren als rimpelingen die worden gegenereerd op het oppervlak van een vijver nadat een steen in het midden is gevallen - de steen vertegenwoordigt de energie die wordt gegenereerd op het moment van botsing tussen zwarte gaten (of neutronensterren), en het tweedimensionale oppervlak van de vijver is een ruwe analogie van de drie dimensies van de ruimte. De golven planten zich voort met de snelheid van het licht en hoe zwaarder de botsende objecten, hoe meer energie er wordt geproduceerd en dus hoe krachtiger de golven. Terwijl deze golven door ons kleine hoekje van het universum kabbelen, extreem gevoelige zwaartekrachtsgolfinterferometers (zoals LIGO en Virgo) kunnen een minuscule ruimte-tijd-afwijking detecteren als de golven passeren door onze planeet. Bovendien, natuurkundigen kunnen deze golven analyseren om de aard van de botsende objecten te ontcijferen, zoals hoe enorm ze waren en hoe snel ze ronddraaiden voordat ze tegen elkaar sloegen.

Het is te vroeg om te zeggen dat astronomie met zwaartekrachtgolven "routinematig is, " maar naarmate er meer observatoria over de hele wereld worden gebouwd, we zullen beter worden in het lokaliseren van de oorsprong van de golven (de locatie in de lucht van de botsende massieve objecten) en het oppikken van zwakkere (en dus verder weg gelegen en minder energieke) gebeurtenissen.

"Over een jaar LIGO en VIRGO werken samen en hebben de zwaartekrachtsgolfwetenschap drastisch verbeterd, en de snelheid van ontdekking suggereert dat de meest spectaculaire bevindingen nog moeten komen, zei Denise Caldwell in een verklaring. Caldwell is de directeur van de afdeling natuurkunde van de National Science Foundation.

En, zoals we al zeiden, sommige van deze nieuwe ontdekkingen zullen recordbrekers zijn, zoals GW170729, een van de nieuw aangekondigde signalen die op 29 juli plaatsvonden, 2017. Dit signaal werd gegenereerd door de botsing en samensmelting van twee zwarte gaten die een enkel zwart gat creëerden 80 keer de massa van onze zon. De ineenstorting vond ongeveer 5 miljard jaar geleden plaats in een ver sterrenstelsel. Dit maakt GW170729 de meest massieve en de verste fusie van zwarte gaten die tot nu toe is gedetecteerd.

Weet je nog hoe we zeiden hoe groter de zwarte gaten, hoe energieker hun botsing? Tijdens het botsen, deze ineenstorting van een zwart gat zette vijf zonsmassa's zwarte gatmassa om in pure energie. Daarom was het signaal krachtig genoeg om door het universum te echoën, 5 miljard jaar later over de aarde spoelt. De andere drie nieuwe (kleinere en dichterbij gelegen) detecties van zwaartekrachtgolven bevatten signalen die allemaal in 2017 op 9 augustus werden gedetecteerd. 18 en 23 — ze hebben de naam GW170809 gekregen, GW170818, en GW170823 respectievelijk. Deze nieuwe detecties worden gedetailleerd beschreven in twee studies die zijn gepubliceerd op de preprint-service arXiv.

Alleen het begin

Zwarte gaten zijn enkele van de meest raadselachtige objecten in het universum. We weten dat ze er zijn, en nu hebben we zelfs directe metingen van hun fusies via de zwaartekrachtrimpelingen die ze creëren, maar er blijven veel mysteries. Een van de grootste bevindingen van deze laatste reeks ontdekkingen is dat astrofysici kunnen schatten, Voor de eerste keer, dat alle zwarte gaten met stellaire massa minder dan 45 keer de massa van onze zon zouden moeten zijn wanneer ze uit hun supernova's tevoorschijn komen.

"Zwaartekrachtgolven geven ons ongekend inzicht in de populatie en eigenschappen van zwarte gaten, " zei postdoctoraal onderzoeker Chris Pankow in een verklaring van de Northwestern University en het Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA). "We hebben nu een scherper beeld van zowel hoe vaak stellaire binaire zwarte gaten samensmelten en wat hun massa's zijn. Deze metingen zullen ons verder in staat stellen te begrijpen hoe de meest massieve sterren van ons heelal worden geboren, leven en sterven."

En raad eens? Dit is slechts het begin. Over de hele wereld (en in de ruimte) worden meer zwaartekrachtsgolf-observatoria gepland, en bestaande detectoren ondergaan gevoeligheidsupgrades.

Alles wijst erop dat de nieuwe catalogus van zwaartekrachtgolven de komende jaren snel zal groeien, een licht schijnen op de duistere gebeurtenissen die plaatsvinden in de verste uithoeken van de kosmische uitgestrektheid.

Dat is nu Stellar

Zowel LIGO als Virgo hebben hun eerste twee runs sinds 2015 voltooid. Een derde waarnemingsrun is gepland voor begin 2019 nadat verdere upgrades van hun ultragevoelige interferometers zijn voltooid.